一种航空施药喷雾自动测试系统的制作方法

一种航空施药喷雾自动测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种航空施药喷雾自动测试系统，包括：真实飞行风速模拟装置和喷雾控制装置；真实飞行风速模拟装置包括：风机装置、稳定腔和收缩腔；稳定腔和收缩腔依次相连，风机装置设置在稳定腔的入口处；收缩腔入口的横截面面积与出口的横截面面积的比值大于第一预设阈值；喷雾控制装置包括：储水罐、隔膜泵、导流管道、喷雾喷头、激光粒度仪和数据采集装置；喷雾控制装置还包括：流量调节装置和/或管压调节装置；其中，喷雾喷头设置在收缩腔的出口处，激光粒度仪设置在喷雾喷头远离收缩腔的一侧，用于测量喷雾喷头喷出雾滴的粒径，并将测量的雾滴粒径发送给数据采集装置。本发明能够有效模拟真实飞行风速，直接获得喷头喷出的雾滴粒径分布。
【专利说明】
一种航空施药喷雾自动测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及农业生产技术领域，具体涉及一种航空施药喷雾自动测试系统。
【背景技术】
[0002] 固定翼飞机植保作业具有航速快，喷幅大，载药量多，继航时间长，受地形限制少 等特点，与传统的人工、半机械化植保作业方式相比，其作业经济效益非常显著。然而，由于 侧风等环境因素导致的雾滴飘移问题目前仍是固定翼飞机在植保作业过程中面临的主要 问题。带来严重的水土资源污染、非目标作物药害、人畜健康威胁等问题。而雾滴粒径大小 是影响雾滴飘移的重要因素之一。
[0003] -般来说，雾滴粒径越大，其飘移损失越小，但其喷施均匀性和冠层穿透性较差。 当雾滴粒径减小后，其在目标区域的沉积均匀性提高，但同时会降低沉积率，增大飘移损 失。目前对雾滴粒径分布的测量方式主要有地面喷雾实验和真实飞行实验两种。
[0004] 在地面喷洒实验过程中，雾滴粒径大小主要受到管道压力，喷头类型等影响。目前 关于地面喷洒实验的发明主要用于模拟地面及果园喷雾环境，所需风速较低（l〇m/ S以下）， 风速变化主要影响雾滴空间分布，并不能对雾滴粒径产生明显影响。因此可见，地面喷洒实 验方式无法模拟农用飞行器飞行时的高速气流(50m/s以上)对雾滴粒径分布的重要影响。
[0005] 在航空喷药过程中，雾滴粒径除了受到管道压力，喷头类型等影响外，还会受到来 流风速，喷头安装角度等条件影响。真实飞行测试由于无法直接将雾滴粒径测量仪安装在 喷头出口处，一般只能采用水敏试纸收集沉积到地面的雾滴，并通过图像识别的方式统计 雾滴粒径分布规律。这一方式一方面受空气温湿度和气象环境影响较大，喷头产生雾滴和 沉积到地面的雾滴存在粒径差异，高蒸发率和侧风都会对结果造成极大影响。另一方面，该 方式需要协调飞机配合实验，测试成本极高，无法开展多参数、大数据样本的测量。

【发明内容】

[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种半航空施药喷雾自动测试系统，能够有 效模拟真实飞行风速，直接获得喷头喷出的雾滴粒径分布。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
[0008] -种航空施药喷雾自动测试系统，包括:真实飞行风速模拟装置和喷雾控制装置；
[0009] 所述真实飞行风速模拟装置包括:风机装置、稳定腔和收缩腔；
[0010] 所述稳定腔和收缩腔依次相连，所述风机装置设置在所述稳定腔的入口处;所述 收缩腔的入口的横截面面积与出口的横截面面积的比值大于第一预设阈值；
[0011] 所述风机装置用于产生第一风速的初始模拟风，所述初始模拟风通过所述稳定腔 和收缩腔之后达到第二风速的实验模拟风;其中，第二风速大于第一风速；
[0012] 所述喷雾控制装置包括:储水罐、隔膜栗、导流管道、喷雾喷头、激光粒度仪和数据 采集装置;所述喷雾控制装置还包括:流量调节装置和/或管压调节装置；
[0013] 其中，所述喷雾喷头设置在所述收缩腔的出口处，所述激光粒度仪设置在所述喷 雾喷头远离所述收缩腔的一侧，用于测量所述喷雾喷头喷出雾滴的雾滴粒径，并将测量的 雾滴粒径发送给所述数据采集装置；
[0014] 通过控制所述风机装置产生的初始模拟风的第一风速、所述喷雾喷头的设置角 度、所述流量调节装置调节的流量大小和/或所述管压调节装置调节的管压大小，对所述喷 雾喷头喷出雾滴的雾滴粒径进行测试。
[0015] 优选地，所述收缩腔为依据下述至少一种收缩曲线设计得到的收缩腔：
[0016] 维辛斯基曲线、双3次曲线、5次方曲线和/或多轴维辛斯基曲线。
[0017] 优选地，所述稳定腔为圆柱形腔状结构；
[0018] 其中，所述稳定腔的长度大于所述收缩腔的长度，所述收缩腔的长度不小于所述 稳定腔的直径。
[0019] 优选地，所述稳定腔中设置有蜂窝器和/或阻尼网。
[0020] 优选地，所述第一预设阈值为6。
[0021] 优选地，所述真实飞行风速模拟装置还包括依次相连的:方转圆连接腔、软连接腔 和扩散腔；
[0022] 其中，所述扩散腔与所述稳定腔相连;相应地，所述风机装置设置在所述方转圆连 接腔的入口处；
[0023] 其中，所述方转圆连接腔用于接收所述风机装置产生的风，所述扩散腔出口的横 截面面积大于所述扩散腔入口的横截面面积，所述扩散腔用于将气体进行扩散，保证气体 快速流入所述稳定腔。
[0024] 优选地，所述风机装置包括:变频器以及风机;所述风机包括离心式风机和/轴流 式风机;所述变频器用于控制所述风机的出风风速。
[0025]优选地，所述喷雾喷头包括离心式雾化器和/或压力喷头。
[0026] 优选地，所述流量调节装置包括流量控制阀和流量计;所述管压调节装置包括减 压阀和压力传感器；
[0027] 其中，所述流量计和/或所述压力传感器与所述数据采集装置相连。
[0028] 优选地，所述喷雾控制装置还包括:雾滴收集器；
[0029] 所述雾滴收集器用于收集所述喷雾喷头喷出的雾滴，并通过相应管道返回储水 罐。
[0030] 由上述技术方案可知，本发明所述的航空施药喷雾自动测试系统，利用真实飞行 风速模拟装置模拟出真实的飞行风速气流，然后采用喷雾控制装置进行喷雾相关参数控 制，进而直接测量喷雾喷头喷出雾滴的雾滴粒径分布。本实施例实现了在地面上进行航空 施药喷雾的真实模式测试实验，实验得到的雾滴粒径分布较为接近实际操作结果，因而具 有实际指导意义。
[0031] 此外，本发明所述的航空施药喷雾自动测试系统，提供了一种植保作业中规范及 定量化测量农业航空施药雾滴粒径分布规律的自动测试系统。相比现有的测试系统，本实 施例能够实现喷施压力，喷洒流量，作业风速，喷头角度的全方位调节，为农业航空施药所 需药量及雾滴粒径范围提供理论指导。
【附图说明】
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0033] 图1是本发明第一个实施例提供了一种航空施药喷雾自动测试系统的结构示意 图；
[0034] 图2是本发明第一个实施例中真实飞行风速模拟装置100的结构示意图；
[0035] 图3是本发明第一个实施例中喷雾控制装置200的结构示意图；
[0036]图4是本发明第二个实施例中收缩腔103的设计曲线；
[0037] 图5是本发明第三个实施例中真实飞行风速模拟装置100的一种具体实现结构示 意图；
[0038] 图6是本发明第四个实施例中真实飞行风速模拟装置100的一种具体实现结构示 意图；
[0039] 图7是本发明第六个实施例中喷雾控制装置200的结构示意图；
[0040] 图8是雾滴体积中径受风速和管道压力影响的响应曲面示意图；
[0041 ]图9是受喷头角度及管道压力影响的响应曲面示意图。
【具体实施方式】
[0042] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 由于雾滴初始粒径分布对于固定翼飞机雾滴飘移问题的研究十分重要，而针对真 实飞行环境进行飞行实验一方面花费较大，一方面缺乏直接的雾滴粒径测量手段，只能采 用间接的地面沉积测量方法，受空气温湿度和环境因素影响较大。
[0044] 针对上述问题，本发明提供了一种航空施药喷雾自动测试系统，在地面上模拟出 飞机真实飞行的风速气流，以直接测量飞机在植保作业过程中航空喷头喷出雾滴的雾滴粒 径。
[0045] 本发明第一个实施例提供了一种航空施药喷雾自动测试系统，参见图1~图3,该 系统包括:真实飞行风速模拟装置100和喷雾控制装置200;
[0046] 其中，图1示出了本发明第一个实施例提供了一种航空施药喷雾自动测试系统的 结构示意图。图2示出了真实飞行风速模拟装置100的结构示意图。图3示出了喷雾控制装置 200的结构示意图。
[0047] 参见图2,所述真实飞行风速模拟装置100包括:风机装置101、稳定腔102和收缩腔 103；
[0048] 所述稳定腔102和收缩腔103依次相连，所述风机装置101设置在所述稳定腔102的 入口处;所述收缩腔103的入口的横截面面积与出口的横截面面积的比值大于第一预设阈 值;优选地，为了保证所述收缩腔的收缩效果，所述第一预设阈值可以取值6,即收缩腔103 的入口的横截面面积与出口的横截面面积的比值大于6。
[0049] 所述风机装置101用于产生第一风速的初始模拟风，所述初始模拟风通过所述稳 定腔102和收缩腔103之后达到第二风速的实验模拟风;其中，第二风速大于第一风速;第二 风速和第一风速存在一定的关系，该关系取决于稳定腔的长度、稳定腔出口和入口的横截 面面积、收缩腔的长度以及收缩腔的出口和入口的横截面面积。
[0050] 其中，所述稳定腔102用于对风机装置101产生的第一风速的初始模拟风进行导顺 和拉匀，以保证气流的品质;所述收缩腔103用于对风机装置101产生的第一风速的初始模 拟风进行加速，以达到第二风速的实验模拟风;所述收缩腔103除了可以提高气流速度之 外，还具有提高气流均匀性的作用。
[0051] 优选地，为了更好地起到导顺和拉匀的效果，所述稳定腔102为圆柱形腔状结构。 不过所述稳定腔102的结构并不限于此。由于所述稳定腔的长度一般较长，因此所述稳定腔 102的入口的横截面面积和出口的横截面面积不一定必须相等，即所述稳定腔102的入口的 横截面面积和出口的横截面面积的比值可以控制在一定范围内，如0.8~1.2之间。
[0052]参见图3，所述喷雾控制装置200包括:储水罐201、隔膜栗201、导流管道203、喷雾 喷头204、激光粒度仪205和数据采集装置206;所述喷雾控制装置200还包括:流量调节装置 207和/或管压调节装置208;
[0053]其中，所述喷雾喷头204设置在所述收缩腔103的出口处，所述激光粒度仪205设置 在所述喷雾喷头204远离所述收缩腔103的一侧，用于测量所述喷雾喷头204喷出雾滴的雾 滴粒径，并将测量的雾滴粒径发送给所述数据采集装置206;
[0054]通过控制所述风机装置101产生的初始模拟风的第一风速、所述喷雾喷头204的设 置角度、所述流量调节装置207调节的流量大小和/或管压调节装置208调节的管道压力大 小，对所述喷雾喷头喷出雾滴的雾滴粒径进行测试。
[0055] 本实施例所述的航空施药喷雾自动测试系统，利用真实飞行风速模拟装置模拟出 真实的飞行风速气流，然后采用喷雾控制装置进行喷雾相关参数控制，进而直接测量喷雾 喷头喷出雾滴的雾滴粒径分布。本实施例实现了在地面上进行航空施药喷雾的真实模式测 试实验，实验得到的雾滴粒径分布较为接近实际操作结果，因而具有实际指导意义。
[0056] 此外，本实施例所述的航空施药喷雾自动测试系统，提供了一种植保作业中规范 及定量化测量农业航空施药雾滴粒径分布规律的自动测试系统。相比现有的测试系统，本 实施例能够实现喷施压力，喷洒流量，作业风速，喷头角度的全方位调节，为农业航空施药 所需药量及雾滴粒径范围提供理论指导。
[0057]本发明第二个实施例提供了上述收缩腔103的一种具体实现结构。
[0058] 在本发明第二个实施例中，所述收缩腔103为依据下述至少一种收缩曲线设计得 到的收缩腔：
[0059] 维辛斯基曲线、双3次曲线、5次方曲线和/或多轴维辛斯基曲线。
[0060] 其中，维辛斯基曲线在收缩腔进口处收缩快，后部收缩缓慢，出口速度较均匀。但 因进口处收缩太快，会出现一个明显的逆压梯度。而双3次曲线和5次方曲线进口处收缩较 平滑，无逆压梯度现象的出现。因此优选采用双3次曲线和5次方曲线。
[0061] 优选地，本实施例可以采用5次方曲线来设计收缩腔103的壁面型线。参见图4,图4 示出了本实施例中的收缩腔103的设计曲线(将该曲线沿X轴旋转360度形成收缩腔内部曲 面，左边为入口，右边为出口）。
[0062] 其中，收缩腔103的设计控制方程如下：
[0063]
[0064] 其中R为收缩腔流向不同截面半径，单位为mm;C为收缩比，L为收缩腔长度，单位为 mm; X为收缩腔流向位置，单位为mm; D为收缩腔的出口直径，单位为mm。其中，所述收缩比为 收缩腔的出口直径与收缩腔腔的入口直径的比值。
[0065] 优选地，下面给出所述收缩腔的一种具体实现尺寸。其中，所述收缩腔的出口直径 为D = 300mm，入口直径为960mm，收缩比为C= 10.24(大于第一预设阈值6)，该尺寸能够将稳 定腔内扰动降低一个数量级。
[0066]本发明第三个实施例提供了上述稳定腔102的一种具体实现结构。
[0067] 在本发明第三个实施例中，所述稳定腔102为圆柱形腔状结构;为进一步考虑收缩 效果，优选地，所述稳定腔102的长度大于所述收缩腔103的长度，所述收缩腔103的长度不 小于所述稳定腔102的直径。假设稳定腔102的直径为lm，那么收缩腔103的长度应该不小于 Im0
[0068] 其中，稳定腔102还可以为其他形状的腔状结构，并不限于圆柱形腔状结构。
[0069] 此外，为了破碎旋涡，导顺和拉匀气流，减弱尖跳流动，优选地，参见图5,所述稳定 腔102中设置有蜂窝器1021，所述蜂窝器1021采用不锈钢材料制成，优选为正六边形，当量 直径为I Omm，孔深10倍孔型当量直径，即I OOmm。
[0070] 此外，还可以在距离所述蜂窝器1021的出口一定距离（如150mm)处设置一层细丝 阻尼网1022,开度比约60%。在该层阻尼网下游共设置了8层阻尼网1022'，其中。各阻尼网 的设置方案依据下述两点原则：
[0071] a.阻尼网之间间隔和阻尼网丝径选择合理。阻尼网丝径d，对应雷诺数Red〈60，阻 尼网间距L'>500d。由于丝径过大会导致流体通过阻尼网丝产生较强的圆柱绕流尾涡，因此 以丝径为特征长度的雷诺数不能超过圆柱绕流的临界雷诺数。而阻尼网之间需要留出足够 距离使上游阻尼网丝产生的尾流扰动完全耗散。
[0072] b.阻尼网目数选取需要遵循适当规律。一般来说上游阻尼网的丝径要大于下游阻 尼网，其目数相应也会少于下游阻尼网。另外两层目数较少的阻尼网组合效果会好于一层 目数较多的阻尼网。
[0073]综合以上两点原则，本实施例最终选择两层18目，两层24目，两层30目和两层48目 阻尼网沿流向排列。其中，最后一层48目阻尼网下游还需要留出一定的旋涡衰减距离LO 0.2D(D为稳定腔出口处的当量直径）。本实施例预留的漩涡衰减距离为L1 = 0.3m。
[0074] 本发明第四个实施例提供了上述真实飞行风速模拟装置100的一种更为具体的实 现结构。
[0075] 在本发明第四个实施例中，参见图6,所述真实飞行风速模拟装置100除了包括上 述的风机装置101、稳定腔102以及收缩腔103之外，还包括依次相连的:方转圆连接腔104、 软连接腔105和扩散腔106;
[0076] 其中，所述扩散腔106与所述稳定腔102相连;相应地，所述风机装置101设置在所 述方转圆连接腔104的入口处；
[0077] 其中，所述方转圆连接腔104用于接收所述风机装置101产生的风。其中，方转圆连 接腔104的入口截面为方形形状、出口截面为圆形形状。
[0078] 由于方形形状相对于圆形形状更容易收集风机装置101产生的风，因此，本实施例 采用了方转圆连接腔104,用于接收所述风机装置101产生的风。
[0079] 所述扩散腔106出口的横截面面积大于所述扩散腔106入口的横截面面积，所述扩 散腔106用于将气体进行扩散，保证气体快速流入稳定腔102。
[0080] 此外，所述真实飞行风速模拟装置100还包括:支撑轨道107和支架108。所述支撑 轨道107用于提供承载上述102-106的轨道设施，所述支架用于支撑整个真实飞行风速模拟 装置100。
[0081] 其中，图6所示的真实飞行风速模拟装置100给出了一些具体长度参数，比如方转 圆连接腔104的长度为550mm、软连接腔105的长度为600mm、扩散腔106的长度为1196mm、稳 定腔102的长度为996+1992 = 1988mm、收缩腔的长度为1000mm、整个实飞行风速模拟装置 100的长度为6334mm、蜂窝器1021的厚度为100mm、旋涡衰减距离1^为30〇111111、收缩腔的入口 直径为960mm、出口直径为300mm等等。其中，图6所示的数据只作为一种优选方案，并不用于 限制本发明。
[0082]本发明第五个实施例提供了上述风机装置101的一种具体实现方式。
[0083] 在本实施例中，所述风机装置101包括:变频器以及风机;所述风机包括离心式风 机和/轴流式风机;所述变频器用于控制所述风机的出风风速。
[0084] 优选地，所述风机选用离心式风机，这是因为离心式风机产生的气流更接近真实 飞行时的气流。
[0085] 本实施例采用离心式风机，配合控制气流品质的稳定段及提高气流速度和均匀性 的收缩腔，组成最高风速达98m/s的下吹式开口风洞，并以此作为模拟实际飞行飞速的装 置。利用变频器控制离心式风机转速，达到调节作业风速的效果。
[0086]本发明第六个实施例给出了上述喷雾控制装置200的一种具体实现方式。
[0087]在本实施例中，参见图7，所述喷雾控制装置200包括:储水罐201、隔膜栗201、导流 管道203、喷雾喷头204、激光粒度仪205和数据采集装置206、流量控制阀2071、流量计2072、 减压阀2081、压力传感器2082、雾滴收集器209和稳压罐210;
[0088]其中，所述喷雾喷头204设置在所述收缩腔103的出口处，所述激光粒度仪205设置 在所述喷雾喷头204远离所述收缩腔103的一侧，用于测量所述喷雾喷头204喷出雾滴的雾 滴粒径，并将测量的雾滴粒径发送给所述数据采集装置206;
[0089]优选地，所述喷雾喷头204包括离心式雾化器和/或压力喷头。
[0090] 优选地，上述实施例中提到的流量调节装置207进一步包括流量控制阀2071和流 量计2072;上述实施例中提到的管压调节装置208包括减压阀2081和压力传感器2082;所述 流量计2072和/或所述压力传感器2082与所述数据采集装置206相连。
[0091]其中，本实施例优选采用离心式雾化器，这是因为离心式雾化器喷出的雾滴更接 近与真实飞行中产生的雾滴，且离心式雾化器对压力调节的需求较低，可以不需要调压阀 等器件。
[0092] 若采用压力喷头，则需要设置减压阀2081，通过调节减压阀2081，进一步控制出口 压力。
[0093]优选地，所述喷雾控制装置200还包括:雾滴收集器209;所述雾滴收集器209用于 收集所述喷雾喷头喷出的雾滴，并通过相应管道返回储水罐，以保证系统的循环运转。
[0094] 优选地，所述喷雾控制装置200还包括:稳压罐210;所述稳压罐210用于稳定水压， 减小管道内的压力波动。
[0095] 参见图7,图7示出了喷雾控制装置200的整体构架示意图。本实施例通过喷雾控制 装置200控制喷施压力，喷洒流量，实时采集压力及流量值并通过数据采集装置记录。该喷 雾控制装置200由储水罐201，隔膜栗202，流量控制阀2071，稳压罐210，减压阀2081，流量 2072计，压力传感器2082，数据采集装置206，喷雾喷头204，雾滴收集器209组成。
[0096]在具体使用时，喷雾控制装置200的工作过程为：
[0097] Sl.通过隔膜栗输出较高管道压力的水，并通过流量控制阀对出口流量进行初步 控制。管道中段的稳压罐用于稳定水压，减小管道内的压力波动。在针对离心式雾化器时， 对流量的调节需求高于对压力的调节需求，该流量调节方案已经足够。
[0098] S2.针对压力喷头时，还可以通过调节减压阀，进一步控制出口压力及流量，并将 流量计及压力传感器所测流量值和压力值实时传输到数据采集系统。
[0099] S3.通过激光粒度仪测量雾滴粒径分布，并将结果实时传输到数据采集系统。
[0100] S4.喷出的雾滴进入雾滴收集器，并通过管道返回储水罐，保证系统循环运转。
[0101] S5.可以通过调节风洞风速及喷头角度，配合管道压力和流量的调节进行多参数 耦合实验。
[0102] S6.数据处理，通过对不同参数下的雾滴粒径分布的测量结果进行响应面分析或 多元线性回归等方式，分析控制不同类型喷头产生雾滴粒径的主要影响因素。为农业航空 施药作业系统优化提供依据。
[0103] 本发明所述的航空施药喷雾自动测试系统可以模拟真实飞行速度下的作业环境， 同时具备喷施压力，喷洒流量，作业速度，喷头角度等多参数调节的农业航空雾滴粒径分布 评估能力，为农业航空施药所需药量及雾滴粒径范围提供理论指导。
[0104] 本发明通过将高速风洞整合到喷雾实验系统中，实现了大范围内可变风速条件下 的雾滴粒径分布测量，尤其是实现了针对高速飞行作业时的气流模拟。
[0105] 本发明通过管路系统设计，实现管路流量和压力可控且能够将压力波动控制在较 小范围。该管路不仅适用于接入传统的压力喷头，也能够接入对流量控制要求较高的离心 式雾化喷头，为其提供可变流量的介质输入。管路流量及压力信息能够实时记录成随时间 变化的曲线，便于数据处理。
[0106] 本发明依托高速风洞和喷雾控制系统，实现多参数可调的雾滴粒径分布测量功 能。从而达到对作业速度10m/s-90m/s(调节风洞风速），作业流量lL/min-20L/min(调节流 量控制阀和减压阀），管道压力0.1 MPa-l.5MPa(调节减压阀），喷头角度0-90度（调节安装 角)等参数的定量化精确调节。最终实现对影响雾滴粒径分布的相关参数的定量化研究。
[0107] 由于本发明基于多参数可调的喷雾测量系统，既能够精确模拟复杂作业参数，尽 可能接近真实作业条件，又能够简便的控制多余参数，获取研究对象的相关关系，因此拥有 很强的科研和实际应用价值。例如在实际应用中，如果需要研究不同作业速度下雾滴粒径 的分布情况，就可以保持其他喷雾参数一致，通过调节风洞驱动电机频率，从而获得雾滴粒 径分布受风速变化的影响。从而有针对性的选择合适的施药施药作业速度，保障雾滴粒径 处于合适范围之内。
[0108] 又比如还可以同时调节管道压力，环境风速和喷头角度，从而获得多个参数对雾 滴粒径分布的影响，便于定量化分析占主导地位的参数。也可以据此对雾滴粒径分布进行 多参数回归拟合。
[0109] 下面给出具体实验数据和实验结果。本实验采用上述实施例提供的真实飞行风速 模拟装置100对实验风速进行调节。本实验中，控制风速为16.8m/s，25.5m/s，33.8m/s， 42.6m/s，51 · 5m/s，60 · 7m/s，70.4m/s，77 · lm/s和84.9m/s。此外，本实验还采用上述实施例 提供的喷雾控制装置200对喷雾参数进行控制。本实验控制管道压力为0.3MPa，0.4MPa和 0.5MPa。喷头角度为0度，45度和90度。
[0110] 本实验针对Lechler公司的LU-120-02扇形压力喷头开展相关实验。采用马尔文 Spray tec激光粒度仪测量雾滴粒径分布。
[0111] 本实验共完成81组实验，每组实验为3次测量平均值。对测量结果进行响应面分析 法，研究雾滴体积中径等分布参数受风速、管道压力、喷头角度的影响。其实验参数见表1:
[0113] 表2为风速，管道压力及喷头角度等三参数影响下的雾滴粒径分布情况。
[0114] 表2三参数影响下的雾滴粒径分布情况

[0117] 依据以上实验数据对雾滴粒径分布进行多参数二次回归。回归方程如下：
[0118] Y=AXi+BX2+CX3+DXiX2+EXiX3+FX2X3+GXi 2+HX22+IX32
[0119] 其中，Y =雾滴粒径分布参数（Dv0.5, ％〈100μπι，％〈200μπι等）、X1 =管道压力 (MPa)、X2 =风速(m/s)、X3 =喷头角度(度）、A至I =各参数前的系数。其中，各项参数的回归 系数及决定系数见表3。
[0120] 表3各项参数的回归系数及决定系数

[0123] 下面以雾滴体积中径为例进行进一步分析。
[0124] 本实施例对风速、管道压力和喷头角度展开二次回归拟合，最后得到的二次回归 拟合效果和实验测量结果十分吻合。
[0125] 图8和图9示出了雾滴体积中径受风速和管道压力影响（图8)以及受喷头角度及管 道压力影响（图9)的响应曲面。根据以上分析，针对多元回归参数进行优化，剔除管道压力 和喷头角度对雾滴体积中径影响参数的二次项，重新进行回归分析后得到表4。
[0126] 表4简化后各项参数的回归系数及决定系数

L〇129」通过上_实验，最终可以得到以下结果：
[0130] A.压力喷头雾滴体积中径与风速成二次相关关系，随风速增大先增加后减小。风 速对雾滴粒径分布的影响起决定性作用。
[0131] B.压力喷头雾滴体积中径在低风速情况下随管道压力增大而减小。在高风速情况 下随管道压力增大而增大。
[0132] C.压力喷头雾滴体积中径随喷头角度的增加而减小。
[0133] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例 对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种航空施药喷雾自动测试系统，其特征在于，包括:真实飞行风速模拟装置和喷雾 控制装置； 所述真实飞行风速模拟装置包括:风机装置、稳定腔和收缩腔； 所述稳定腔和收缩腔依次相连，所述风机装置设置在所述稳定腔的入口处;所述收缩 腔的入口的横截面面积与出口的横截面面积的比值大于第一预设阈值； 所述风机装置用于产生第一风速的初始模拟风，所述初始模拟风通过所述稳定腔和收 缩腔之后达到第二风速的实验模拟风;其中，第二风速大于第一风速； 所述喷雾控制装置包括:储水罐、隔膜栗、导流管道、喷雾喷头、激光粒度仪和数据采集 装置;所述喷雾控制装置还包括:流量调节装置和/或管压调节装置； 其中，所述喷雾喷头设置在所述收缩腔的出口处，所述激光粒度仪设置在所述喷雾喷 头远离所述收缩腔的一侧，用于测量所述喷雾喷头喷出雾滴的雾滴粒径，并将测量的雾滴 粒径发送给所述数据采集装置； 通过控制所述风机装置产生的初始模拟风的第一风速、所述喷雾喷头的设置角度、所 述流量调节装置调节的流量大小和/或所述管压调节装置调节的管压大小，对所述喷雾喷 头喷出雾滴的雾滴粒径进行测试。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述收缩腔为依据下述至少一种收缩曲线 设计得到的收缩腔： 维辛斯基曲线、双3次曲线、5次方曲线和/或多轴维辛斯基曲线。3. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述稳定腔为圆柱形腔状结构； 其中，所述稳定腔的长度大于所述收缩腔的长度，所述收缩腔的长度不小于所述稳定 腔的直径。4. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述稳定腔中设置有蜂窝器和/或阻尼 网。5. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一预设阈值为6。6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真实飞行风速模拟装置还包括依次相 连的:方转圆连接腔、软连接腔和扩散腔； 其中，所述扩散腔与所述稳定腔相连;相应地，所述风机装置设置在所述方转圆连接腔 的入口处； 其中，所述方转圆连接腔用于接收所述风机装置产生的风，所述扩散腔出口的横截面 面积大于所述扩散腔入口的横截面面积，所述扩散腔用于将气体进行扩散，保证气体快速 流入所述稳定腔。7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风机装置包括:变频器以及风机;所述 风机包括离心式风机和/轴流式风机;所述变频器用于控制所述风机的出风风速。8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷雾喷头包括离心式雾化器和/或压 力喷头。9. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流量调节装置包括流量控制阀和流量 计;所述管压调节装置包括减压阀和压力传感器； 其中，所述流量计和/或所述压力传感器与所述数据采集装置相连。10. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷雾控制装置还包括:雾滴收集器；
【文档编号】G01N15/02GK105842132SQ201610280140
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】唐青, 陈立平, 张瑞瑞, 伊铜川, 姜洪亮, 徐刚, 徐旻
【申请人】北京农业智能装备技术研究中心